Comprendre le schéma fonctionnel du microcontrôleur 8051

Le microcontrôleur 8051 est un microcontrôleur de base conçu pour la technologie des systèmes embarqués. Intel a développé ce contrôleur dans les années 1980. Il est venu avec une architecture Harvard. La technologie NMOS a été utilisée pour le développer. Cette technologie fonctionne avec plus de puissance. Par conséquent, il a été reconçu avec la technologie CMOS. La lettre C a été introduite dans les versions ultérieures. Par exemple, le 8051 est un contrôleur 8 bits.

Les versions mises à jour de ce microcontrôleur fonctionnent à une puissance inférieure à celle des versions plus anciennes. Ce contrôleur dispose de deux espaces mémoire de taille 64Kx8 et de deux bus pour les unités de données et les programmes. De plus, il dispose d'unités d'accumulateur 8 bits et d'une unité de traitement 8 bits. Lisez la suite pour comprendre l'architecture complète de ce contrôleur.

Partie 1. Qu'est-ce qu'un diagramme de blocs du microcontrôleur 8051

Le diagramme de blocs du microcontrôleur 8051 exprime le fonctionnement interne des opérations logiques et de la segmentation de la mémoire.

Ce diagramme aide les ingénieurs, les étudiants et les amateurs à comprendre comment fonctionne le microcontrôleur et comment ses différents composants interagissent.

Cliquez pour utiliser et modifier ce modèle.

diagramme de blocs du microcontrôleur 8051

Composants clés d'un diagramme de blocs du microcontrôleur 8051

Tous les composants sont intégrés dans une seule puce. Ci-dessous se trouve une liste des composants du contrôleur 8051. Jetons un coup d'œil.

1. Unité centrale de traitement (CPU)

Ce composant contrôle chaque opération du contrôleur, c'est pourquoi il est communément appelé le cerveau du contrôleur. Les éléments intégrés de l'unité centrale de traitement sont les suivants :

• ALU : C'est l'abréviation d'Unité Arithmétique et Logique. Cet élément effectue toutes les opérations mathématiques, comme la division, la multiplication, la soustraction et l'addition. De plus, il peut également effectuer des opérations logiques, y compris NAND, NOT, AND, XOR et OR.
• Compteur de programme : Une adresse de données 16 bits est stockée dans le compteur de programme. Il suit également la séquence du programme.
• Pointeur de pile : C'est un élément variable qui stocke l'adresse d'une autre variable. Il peut stocker des adresses jusqu'à 8 bits où les données ont été stockées la dernière fois.
• Accumulateur : Il s'agit d'un registre 8 bits. Il effectue l'action de stockage automatique de toutes les opérations mathématiques au sein du contrôleur.
• Registres : Ceux-ci sont communément appelés unités de stockage. Les registres principalement utilisés dans le microcontrôleur 8051 sont des registres à usage général. Ce contrôleur se compose de 34 registres à usage général au total. Deux de tous les registres - A et B - traitent du noyau mathématique du contrôleur, tandis que les 32 autres registres font partie de la RAM interne.
• Temporisation et contrôle : Il effectue des opérations internes avec le contrôle du flux de données et la fréquence du signal d'horloge du microcontrôleur 8051.

2. Circuit oscillateur

Ce composant du microcontrôleur 8051 génère des impulsions d'horloge pour effectuer les opérations du contrôleur. Par conséquent, il est également appelé générateur d'horloge. Le circuit oscillateur est équipé d'un résonateur de fréquence et de divers composants électriques. Le résonateur de fréquence détermine la fréquence de l'impulsion d'horloge et la vitesse de fonctionnement.

3. ROM et RAM

Comme tous les microcontrôleurs, le 8051 dispose d'une certaine mémoire pour stocker le code de programmation et les données. Cette mémoire est souvent appelée puce mémoire. En général, la mémoire est divisée en deux types : RAM et ROM, comme expliqué ci-dessous.

• RAM : C'est l'abréviation de mémoire vive (Random Access Memory). Elle est responsable du stockage des données, c'est pourquoi elle est nommée mémoire de données de puce.
• ROM : Le mot « ROM » signifie mémoire morte (Read Only Memory). Sa responsabilité principale est de stocker les instructions du programme. La ROM peut lire le programme lorsqu'un contrôleur fonctionne ou effectue ses fonctions.

4. Temporisateurs et compteurs

Deux temporisateurs et compteurs 16 bits (ou 2 octets) sont équipés d'un microcontrôleur 8051. Les compteurs sont ensuite divisés en un registre 8 bits. Ils sont utilisés pour calculer le nombre d'événements, comme le comptage d'impulsions, les mesures de fréquence, la mesure de largeur d'impulsion, et plus encore. De plus, les temporisateurs et les compteurs sont également utilisés pour déterminer la période de temps.

5. Circuit logique d'interruption

Ce circuit logique détecte les interruptions dans un microcontrôleur 8051. Il se compose de registres de priorité d'interruption, de registres d'activation d'interruption et de plusieurs autres éléments.

6. Ports d'E/S série et parallèle

Le contrôleur 8051 dispose de 4 ports d'E/S pour se connecter à des périphériques externes. Étant donné qu'un contrôleur est utilisé pour contrôler différentes opérations de machine, les ports d'E/S sont nécessaires pour transférer les données.

Partie 2. Qu'est-ce qu'un schéma des broches

Il y a 40 broches au total pour le microcontrôleur 8051. Nous pouvons utiliser un schéma des broches, une représentation visuelle desbroches sur un circuit intégré (CI) ou un microcontrôleur, pour voir leurs connexions et fonctions.

Certaines d'entre elles remplissent des fonctions individuelles distinctes, tandis que d'autres sont utilisées en groupes pour effectuer une certaine tâche au sein du contrôleur. Entrons dans plus de détails.

Partie 3. Caractéristiques clés du microcontrôleur 8051

Les caractéristiques potentielles qui font ressortir ce contrôleur sur le marché sont les suivantes :

• La mémoire de données est de 128 octets de RAM sur puce.
• La mémoire de programme est de 4096 octets de ROM sur puce.
• Ce contrôleur dispose d'une ligne d'entrée/sortie 32 bits qui est organisée en quatre unités 8 bits.
• Il dispose de temporisateurs et de compteurs 16 bits.
• Le cycle d'intrusion du microcontrôleur 8051 n'est que d'une microseconde. C'est grâce au cristal de 12MHz.
• Il comporte 12 drapeaux définis par l'utilisateur.
• Quatre banques de registres de 8 bits chacune sont disponibles dans le contrôleur. Il dispose d'une adressabilité directe de bit et d'octet.
• Il dispose d'une structure d'interruption priorisée à deux niveaux.
• Ce contrôleur se compose de fonctionnalités de calcul de parité, d'un port série programmable haute vitesse et de plusieurs modes.
• Il dispose de trois interruptions internes et de deux interruptions externes.
• Un bus d'adresses unidirectionnel 16 bits.
• Un bus de données bidirectionnel 8 bits.

Partie 4 : Comment créer un diagramme de blocs du microcontrôleur 8051

Un diagramme de blocs du microcontrôleur 8051 est utilisé pour comprendre les concepts de base et le fonctionnement du microcontrôleur. Il est facile de créer un tel diagramme de blocs si vous utilisez les bons outils.

Ici, nous utiliseronsEdrawMax, unoutil de diagramme de blocs professionnel. C'est également un outil de dessin de diagrammes tout-en-un qui offre de nombreuses fonctionnalités :

• Bibliothèque de modèles: EdrawMax fournit une grande bibliothèque de modèles pour vos conceptions. Vous pouvez trouver plusieurs types de diagrammes dans la bibliothèque.
• Facile à utiliser: EdrawMax dispose d'une interface conviviale et d'un ensemble de raccourcis clavier. De plus, il y a ce guide rapide pour vous aider à créer un diagramme rapidement.
• Glisser-déposer: EdrawMax dispose d'une fonctionnalité de glisser-déposer, rendant le travail encore plus facile. Vous pouvez ajouter des images et des conceptions quand vous en avez besoin.

Maintenant, voyons comment créer un diagramme de blocs pour le microcontrôleur 8501.

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Étape 1 :Ouvrir Nouveau et trouver Diagramme de blocs

Ouvrez EdrawMax et cliquez sur « Nouveau » et trouvez « Diagramme de blocs » parmi les options proposées.

Étape 2 : Faites glisser les éléments nécessaires

Faites glisser tous les éléments nécessaires pour compléter votre diagramme de blocs.

Étape 3 : Disposez les éléments et commencez à les étiqueter

Disposez les éléments et étiquetez chaque élément pour apporter de la clarté au diagramme.

Étape 4 : Dessinez les relations entre les éléments

Ajoutez des relations entre tous les éléments et changez les couleurs du diagramme pour améliorer l'apparence de votre conception.

Étape 5 : Exportez votre fichier

Exportez le fichier dans le format dont vous avez besoin et n'oubliez pas de sauvegarder le fichier source pour d'autres modifications.

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Partie 5. Applications du microcontrôleur 8051

Ce contrôleur offre une large gamme d'applications dans différents domaines. Trois des domaines les plus courants où le microcontrôleur 8051 est utilisé sont les suivants :

1. Applications de mesure

Ce domaine comprend l'utilisation du microcontrôleur 8051 pour les objets compteurs de courant, les applications de voltmètre, les systèmes de mesure portables et les objets de mesure et de rotation.

2. Applications de la vie quotidienne

Il couvre l'utilisation du contrôleur dans les applications automobiles, les dispositifs de détection et de contrôle de température, les applications de défense, les dispositifs de détection d'incendie et de sécurité, et les outils de détection de lumière.

3. Applications industrielles

Ce contrôleur est utilisé dans les dispositifs de contrôle de processus et les dispositifs d'instrumentation au niveau industriel.

Les autres applications de ce contrôleur incluent la gestion de l'énergie, les écrans tactiles, les dispositifs médicaux, la robotique, la télédétection, les appareils électroménagers, les applications grand public, et la liste continue.

Note de fin

Le microcontrôleur 8051 - un système informatique à puce unique - utilise un seul circuit intégré pour combiner les fonctionnalités de mémoire, de microprocesseur et de différents périphériques. Avec cette intégration, le contrôleur fournit une solution efficace pour gérer et contrôler divers systèmes électroniques. Vous pouvez comprendre l'architecture complète du microcontrôleur 8051 avec son diagramme de blocs.

Le diagramme de blocs montre tous les composants, y compris, mais sans s'y limiter, le processeur, la mémoire, le contrôle de bus, le contrôle des interruptions, les temporisateurs et les compteurs. Dans la discussion ci-dessus, le diagramme de blocs du microcontrôleur 8051 est présenté, accompagné d'une brève description de tous les composants et éléments pour mieux comprendre l'architecture.

De plus, le schéma des broches de ce contrôleur fait également partie de la discussion ci-dessus. Il montre comment différentes broches sont divisées en différentes catégories. Certaines sont utilisées individuellement, tandis que d'autres se combinent pour former un seul port. Les applications réelles et les caractéristiques du contrôleur sont également présentées ci-dessus.